多波段共口徑的光學(xué)成像方式有反射式、折射式與折反射式三種不同類型的光學(xué)成像方式。
下面將列出三種光學(xué)成像方式的不同特點(diǎn),并總結(jié)三種光學(xué)成像方式的優(yōu)缺點(diǎn)。
1,折射式光學(xué)成像系統(tǒng)相對(duì)于反射式與折反射式光學(xué)成像系統(tǒng),結(jié)構(gòu)形式豐富,而且能夠同時(shí)滿足大視場(chǎng)大相對(duì)孔徑的要求,廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。
但是,折射式光學(xué)成像系統(tǒng)也有一定的缺陷。能同時(shí)透射可見(jiàn)光波段與紅外波段的光學(xué)材料的數(shù)量有限,因此對(duì)可見(jiàn)光波段與紅外波段的集成,顯得其更適用于單波段光學(xué)系統(tǒng)成像。
但是,對(duì)于中波紅外系統(tǒng)與長(zhǎng)波紅外系統(tǒng)的集成,折射式成像系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)更明顯。色差的存在影響折射式光學(xué)系統(tǒng)的像質(zhì),特別是在長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)中,存在的二級(jí)光譜色差比較嚴(yán)重。并且長(zhǎng)焦距折射式光學(xué)系統(tǒng)在大相對(duì)孔徑的要求下,會(huì)帶來(lái)大口徑透鏡的加工難度,以及自身大口徑對(duì)外界環(huán)境溫度的敏感性降低成像質(zhì)量,也阻礙了折射式成像系統(tǒng)在長(zhǎng)焦距光學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用。
因此,折射式光學(xué)成像系統(tǒng)更適用于單波段、中短焦距以及小口徑的光學(xué)系統(tǒng)。
2,反射式光學(xué)成像系統(tǒng)相對(duì)于折射式光學(xué)成像系統(tǒng)具有寬波段、無(wú)色差的成像優(yōu)勢(shì),其可分為同軸反射成像與離軸反射成像。
經(jīng)典的同軸反射式光學(xué)成像系統(tǒng)是經(jīng)典的卡塞格林光學(xué)系統(tǒng),該系統(tǒng)可以解決折射式光學(xué)成像系統(tǒng)的一些缺陷,但同時(shí),自身也存在一定的缺陷,比如存在中心遮攔以及視場(chǎng)小的問(wèn)題。
為了解決同軸反射式光學(xué)成像系統(tǒng)的缺陷,離軸反射式光學(xué)成像系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。其可以解決中心遮攔,提高系統(tǒng)的能量透過(guò)率。同時(shí),離軸光學(xué)成像系統(tǒng)結(jié)合自由曲面,增加光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化自由度,提高了光學(xué)系統(tǒng)軸外像差的平衡能力,增大了系統(tǒng)的視場(chǎng)角。
相對(duì)于折射式光學(xué)成像系統(tǒng)所用的材料以及材料加工,反射式光學(xué)成像系統(tǒng)所用的鏡坯材料,具有密度小、熱膨脹系數(shù)低、熱傳導(dǎo)系數(shù)高、微觀結(jié)構(gòu)均勻的特點(diǎn),可以在反射鏡背面做輕量化處理。
因此,反射式光學(xué)成像系統(tǒng)更容易做到輕量化,結(jié)構(gòu)相對(duì)于復(fù)雜的折射式結(jié)構(gòu)顯得更加緊湊,并且更適用于非制冷紅外系統(tǒng)。但是,反射式光學(xué)成像系統(tǒng)在變焦光學(xué)系統(tǒng)中,相比于折射式光學(xué)成像系統(tǒng)自身不存在換根變焦方法,其變倍比低,不適用于大變倍比光學(xué)系統(tǒng)。
3,折反射式光學(xué)成像系統(tǒng)融合了上述兩種光學(xué)成像系統(tǒng)的成像優(yōu)勢(shì),其解決了反射式成像系統(tǒng)變倍比低的問(wèn)題,以及折射式成像系統(tǒng)焦距短、口徑小的問(wèn)題。折反射式成像系統(tǒng)的前置光學(xué)系統(tǒng)大部分采用反射式成像,可解決寬波段光學(xué)材料數(shù)量有限的困境;后置光學(xué)系統(tǒng)采用折射式成像,可使光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)角變大,同時(shí)也可以校正系統(tǒng)的軸外像差。因此,對(duì)于多波段系統(tǒng)的集成,折反射式成像系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)更為明顯。